(57)【要約】  コンタクタは、アクチュエータに機械的に結合された複数のスイッチを含む。アクチュエータは、動作位置とトリップ位置との間で可動である。動作位置で閉じているスイッチは、トリップ位置で開き、逆も同様である。アクチュエータは、コアとしてコイルを通って延びている。コイルは、入力信号がコイルに印加されると、アクチュエータを動かす。第１の入力回路は、電源投入入力信号を受信して、コンタクタをトリップ位置から動作位置へ遷移させる。第２の入力回路は、トリップ信号を受信して、コンタクタを動作位置からトリップ位置へ遷移させる。コイルの第１の端部および第２の端部にそれぞれ結合された第１のスイッチおよび第２のスイッチは、次の後続の作動中にコイルを励磁して逆方向に磁気的に分極させるのに備えて、アクチュエータが作動されるたびにコイルの極性を反転させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンタクタ（１００）であって、
前記コンタクタ（１００）は、
-  複数のスイッチ（１０４）と、
-  電源投入入力信号を受信する第１の入力回路（１４８、１４６、１７４、１２０、１７２）と、
-  トリップ入力信号を受信する第２の入力回路（（１３０、１３２または１３４）、１７０、１２０、１７２）と、
-  前記複数のスイッチ（１０４）のうちのスイッチに機械的に結合された可動アクチュエータ（１０６）であって、前記第１の入力回路（１４８、１４６、１７４、１２０、１７２）で電源投入入力信号を受信するとトリップ位置と動作位置との間で可動であり、前記第２の入力回路（（１３０、１３２または１３４）、１７０、１２０、１７２）でトリップ入力信号を受信すると前記動作位置と前記トリップ位置との間で可動である可動アクチュエータ（１０６）と、
-  第１の端部および第２の端部を有するコイル（１２０）であって、前記可動アクチュエータ（１０６）がコアとして前記コイル（１２０）を通って延び、電源投入入力信号が前記第１の入力回路（１４８、１４６、１７４、１２０、１７２）によって受信されたとき、またはトリップ入力信号が前記第２の入力回路（（１３０、１３２もしくは１３４）、１７０、１２０、１７２）によって受信されたとき、前記アクチュエータ（１０６）を動かすことが可能である、コイル（１２０）と、
-  前記アクチュエータ（１０６）が作動されるたびに前記コイル（１２０）の極性を反転させるように、前記コイル（１２０）の前記第１の端部および前記第２の端部にそれぞれ結合されている、第１のスイッチ（１５０）および第２のスイッチ（１６０）と、を備え、
前記第１のスイッチ（１５０）および前記第２のスイッチ（１６０）は、
前記アクチュエータ（１０６）が前記動作位置にあるときは、前記第２の入力回路（（１３０、１３２または１３４）、１７０、１２０、１７２）内に前記コイル（１２０）を含むように切換可能であり、前記トリップ入力信号が前記第２の入力回路（（１３０、１３２または１３４）、１７０、１２０、１７２）で受信されると、前記コイル（１２０）を励磁して前記アクチュエータ（１０６）を動作させ、前記トリップ位置へ遷移させ、
前記第１のスイッチ（１５０）および前記第２のスイッチ（１６０）は、
前記アクチュエータ（１０６）が前記トリップ位置にあるときは、前記第１の入力回路（１４８、１４６、１７４、１２０、１７２）内に前記コイル（１２０）を含むように切換可能であり、前記電源投入入力信号が前記第１の入力回路（１４８、１４６、１７４、１２０、１７２）で受信されると、前記コイル（１２０）を励磁して前記アクチュエータ（１０６）を動作させ、前記動作位置へ遷移させ、
前記アクチュエータ（１０６）が作動しているとき、前記第１のスイッチ（１５０）および前記第２のスイッチ（１６０）は、次の後続の作動中に前記コイル（１２０）を励磁して逆の分極方向に磁気的に分極させるのに備えて状態を変化させる、
コンタクタ（１００）。
【請求項２】
前記コンタクタ（１００）は、過渡電圧抑制デバイス（１７６）をさらに備えており、
前記過渡電圧抑制デバイス（１７６）は、前記コイル（１２０）を通過している電流が突然停止したときに過渡電圧を低減させるために、前記コイル（１２０）の前記第１の端部と前記第２の端部との間に結合されている、
請求項１に記載のコンタクタ（１００）。
【請求項３】
前記過渡電圧抑制デバイス（１７６）は双方向デバイスである、
請求項２に記載のコンタクタ（１００）。
【請求項４】
前記第１のスイッチ（１５０）および前記第２のスイッチ（１６０）は単極双投スイッチである、
請求項１に記載のコンタクタ（１００）。
【請求項５】
前記コンタクタ（１００）は、前記単極双投スイッチ（１５０、１６０）のうちの少なくとも１つの両端間に結合されたキャパシタ（３８０または３８２）をさらに備えている、請求項４に記載のコンタクタ（１００）。
【請求項６】
コンタクタ（１００）の作動を制御する回路（１０２または１０２’）であって、
前記コンタクタ（１００）は、アクチュエータ（１０６）に機械的に結合された複数のスイッチ（１０４）を有しており、
前記アクチュエータ（１０６）は、前記複数のスイッチ（１０４）の状態を変化させるように第１の位置と第２の位置との間で相対する方向に可動であり、
前記回路（１０２または１０２’）は、
-  電源投入信号を受信する第１の入力回路（１４８、１４６、１７４、１２０、１７２）と、
-  トリップ信号を受信する第２の入力回路（（１３０、１３２または１３４）、１７０、１２０、１７２）と、
-  第１の端部および第２の端部を有し、前記可動アクチュエータ（１０６）がコアとして通って延びるコイル（１２０）であって、前記第１の入力回路（１４８、１４６、１７４、１２０、１７２）に印加された電源投入信号を受信すると、前記アクチュエータ（１０６）を前記第１の位置から前記第２の位置へ動かすことが可能であり、前記第２の入力回路（（１３０、１３２または１３４）、１７０、１２０、１７２）に印加されたトリップ信号を受信すると、前記アクチュエータ（１０６）を前記第２の位置から前記第１の位置へ動かすことが可能である、コイル（１２０）と、
-  前記アクチュエータ（１０６）が作動されるたびに前記コイル（１２０）の極性を反転させるように前記コイル（１２０）のそれぞれの第１の端部および第２の端部に結合されている、第１のスイッチ（１５０）および第２のスイッチ（１６０）とを備え、
前記第１のスイッチ（１５０）および前記第２のスイッチ（１６０）は、前記アクチュエータ（１０６）が前記第２の位置にあるときは前記第２の入力回路（（１３０、１３２または１３４）、１７０、１２０、１７２）内に前記コイル（１２０）を含むように切換可能であり、前記トリップ信号が前記第２の入力回路（（１３０、１３２または１３４）、１７０、１２０、１７２）で受信されると、前記コイル（１２０）を励磁して前記アクチュエータ（１０６）を動作させ、前記第１の位置へ遷移させ、
前記第１のスイッチ（１５０）および前記第２のスイッチ（１６０）は、前記アクチュエータ（１０６）が前記第１の位置にあるときは前記第１の入力回路（１４８、１４６、１７４、１２０、１７２）内に前記コイル（１２０）を含むように切換可能であり、前記電源投入信号が前記第１の入力回路（１４８、１４６、１７４、１２０、１７２）で受信されると、前記コイル（１２０）を励磁して前記アクチュエータ（１０６）を動作させ、前記第２の位置へ遷移させ、
前記アクチュエータ（１０６）が作動しているとき、前記第１のスイッチ（１５０）および前記第２のスイッチ（１６０）は、次の後続の作動中に前記コイル（１２０）を励磁して逆の分極方向に磁気的に分極させるのに備えて状態を変化させる、
回路（１０２または１０２’）。
【請求項７】
前記回路（１０２または１０２’）は、過渡電圧抑制デバイス（１７６）をさらに備えており、
前記過渡電圧抑制デバイス（１７６）は、前記コイル（１２０）を通過している電流が突然停止したときに過渡電圧を低減させるために、前記コイル（１２０）の前記第１の端部と前記第２の端部との間に結合されている、
請求項６に記載の回路（１０２または１０２’）。
【請求項８】
前記過渡電圧抑制デバイス（１７６）は、シリコンアバランシェダイオードまたはツェナーダイオードからなる群から選択される、
請求項７に記載の回路（１０２または１０２’）。
【請求項９】
前記第１のスイッチ（１５０）および前記第２のスイッチ（１６０）は単極双投スイッチである、
請求項６に記載の回路（１０２または１０２’）。
【請求項１０】
前記回路（１０２または１０２’）は、前記単極双投スイッチ（１５０、１６０）のそれぞれの両端間に結合されたキャパシタ（３８０、３８２）をさらに備えている、
請求項６または７に記載の回路（１０２’）。
【請求項１１】
コンタクタ（１００）を動作させる方法であって、
前記コンタクタ（１００）は、アクチュエータ（１０６）に機械的に結合された複数のスイッチ（１０４）を有しており、
前記アクチュエータ（１０６）は、前記複数のスイッチ（１０４）の状態を変化させるようにトリップ位置と動作位置との間で相対する方向に可動であり、
前記可動アクチュエータ（１０６）は、コアとしてコイル（１２０）を通って延びており、
前記コイル（１２０）は、励磁されると前記アクチュエータ（１０６）を動かすことが可能であり、
前記方法は、
-  第１の入力回路（１４８、１４６、１７４、１２０、１７２）で電源投入信号を受信することと、
-  前記電源投入信号を前記コイル（１２０）に印加して、前記アクチュエータ（１０６）が前記トリップ位置から前記動作位置へ遷移し、前記複数のスイッチ（１０４）が前記動作位置に対応するそれぞれの状態へ遷移するように、前記アクチュエータ（１０６）を作動させることと、
-  前記アクチュエータ（１０６）を作動させると、次の後続の作動中に前記コイル（１２０）を励磁して逆の分極方向に磁気的に分極させるのに備えて、前記第１の入力回路（１４８、１４６、１７４、１２０、１７２）から前記コイル（１２０）の第１の端部および第２の端部の取外しを開始し、逆の極性で、前記コイル（１２０）の前記第１の端部および前記第２の端部を第２の入力回路（（１３０、１３２または１３４）、１７０、１２０、１７２）に結合すること、
とを含む方法。
【請求項１２】
前記方法は、
-  前記第２の入力回路（（１３０、１３２または１３４）、１７０、１２０、１７２）でトリップ信号を受信することと、
-  前記トリップ信号を前記コイル（１２０）に印加して、前記アクチュエータ（１０６）が前記動作位置から前記トリップ位置へ遷移し、前記複数のスイッチ（１０４）が前記トリップ位置に対応するそれぞれの状態へ遷移するように、前記アクチュエータ（１０６）を作動させることと、
-  前記アクチュエータ（１０６）を作動させると、次の後続の作動中に前記コイル（１２０）を励磁して逆の分極方向に磁気的に分極させるのに備えて、前記第２の入力回路（（１３０、１３２または１３４）、１７０、１２０、１７２）から前記コイル（１２０）の第１の端部および第２の端部の取外しを開始し、逆の極性で、前記コイル（１２０）の前記第１の端部および前記第２の端部を前記第１の入力回路（１４８、１４６、１７４、１２０、１７２）に結合すること、と、
をさらに含む、
請求項１１に記載のコンタクタ（１００）を動作させる方法。
【請求項１３】
前記方法は、
前記コイル（１２０）の両端間に電圧抑制を提供し、前記コイル（１２０）を通過している電流の中断によって引き起こされる過渡電圧を減衰させることをさらに含む、
請求項１１に記載のコンタクタ（１００）を動作させる方法。
【請求項１４】
前記第２の入力回路（（１３０、１３２または１３４）、１７０、１２０、１７２）から前記コイル（１２０）の第１の端部および第２の端部の取外しを開始することは、少なくとも１つのスイッチ（１５０または１６０）の動作点を事前設定することを含む、
請求項１２に記載のコンタクタ（１００）を動作させる方法。
【請求項１５】
前記方法は、
前記コイル（１２０）の前記第１の端部および前記第２の端部が、前記第１の入力回路（１４８、１４６、１７４、１２０、１７２）から取り外され、前記第２の入力回路（（１３０、１３２もしくは１３４）、１７０、１２０、１７２）に結合されるとき、または前記第２の入力回路（（１３０、１３２もしくは１３４）、１７０、１２０、１７２）から取り外され、前記第１の入力回路（１４８、１４６、１７４、１２０、１７２）に結合されるとき、アーク放電（７６、３８０、３８２）を抑制すること、をさらに含む、
請求項１２に記載のコンタクタ（１００）を動作させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル極性反転制御回路を有するコンタクタを対象とする。特に本発明は、アクチュエータが作動されるたびにコイルの磁気極性を反転させるコイル極性反転回路を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
現在のラッチングコンタクタは、ラッチングコンタクタの状態変化を開始するために、逆の磁気極性で巻かれた２つの別個のコイルを用いる。ラッチングコンタクタは、一時的に励磁されるとコンタクタをトリップ状態などの第１の状態から動作状態などの次の状態へ遷移させる第１のコイルを使用し、電源スイッチを閉じ、電源スイッチが閉じた電源投入状態にあることに対応するそれぞれの状態で他のすべてのコンタクタスイッチを位置決めする。逆の磁気極性の第２のコイルを一時的に励磁してコンタクタをトリップ状態などの次の状態へ遷移させ、電源スイッチを開き、電源スイッチが開いた電源遮断状態にあることに対応するそれぞれの状態で他のすべてのコンタクタスイッチを位置決めする。
【０００３】
従来、コンタクタを作動させるために、２つのコイルが使用されてきた。アーマチュアピボットの両側に、１つずつコイルが配置された。これら２つのコイルは、逆の磁気極性を提供するように巻かれていた。各コイルは、所定の方向の作動専用であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在の状態から次の状態へ現在のコンタクタより５０パーセント速く遷移する新世代のコンタクタが必要とされている。コイル巻線のための空間は制限されているため、速度の増大を実現するためにコイルサイズを増大させることは望ましくない。さらに、より速い状態遷移を実現するために、追加の体積空間を必要とすることなく、より高いコイル電流定格が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この解決策は、複数のスイッチと、電源投入入力信号を受信する第１の入力回路と、トリップ入力信号を受信する第２の入力回路とを含むコンタクタによって提供される。可動アクチュエータが、複数のスイッチのうちのスイッチに機械的に結合される。アクチュエータは、第１の入力回路で電源投入入力信号を受信するとトリップ位置と動作位置との間で可動であり、第２の入力回路でトリップ入力信号を受信すると動作位置とトリップ位置との間で可動である。コイルが、第１の端部および第２の端部を有する。可動アクチュエータは、コアとしてコイルを通って延びている。コイルは、電源投入入力信号が第１の入力回路によって受信されたとき、またはトリップ入力信号が第２の入力回路によって受信されたとき、アクチュエータを動かすことが可能である。
第１のスイッチおよび第２のスイッチは、アクチュエータが作動されるたびにコイルの極性を反転させるようにコイルのそれぞれの第１の端部および第２の端部に結合される。第１のスイッチおよび第２のスイッチは、アクチュエータが動作位置にあるときは第２の入力回路内にコイルを含むように切換可能であり、したがってトリップ入力信号が第２の入力回路で受信されると、コイルを励磁してアクチュエータを動作させ、トリップ位置へ遷移させる。第１のスイッチおよび第２のスイッチは、アクチュエータがトリップ位置にあるときは第１の入力回路内にコイルを含むように切換可能であり、したがって電源投入入力信号が第１の入力回路で受信されると、コイルを励磁してアクチュエータを動作させ、動作位置へ遷移させる。
アクチュエータが作動しているとき、第１のスイッチおよび第２のスイッチは、次の後続の作動中にコイルを励磁して逆の分極方向に分極させるのに備えて状態を変化させる。
【０００６】
本発明について、添付の図面を参照して例として次に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明による例示的な実施形態のコンタクタおよび制御回路を示す概略図である。
【図２】トリップ状態にある図１のコンタクタおよび制御回路を示す概略図である。
【図３】例示的な代替実施形態の制御回路の概略図である。
【図４】単極双投スイッチとして機能するコンタクタ内の２つの単極単投スイッチの配線を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
一実施形態は、複数のスイッチと、電源投入入力信号を受信する第１の入力回路と、トリップ入力信号を受信する第２の入力回路とを含むコンタクタを対象とする。可動アクチュエータが、複数のスイッチのうちのスイッチに機械的に結合される。アクチュエータは、第１の入力回路で電源投入入力信号を受信するとトリップ位置と動作位置との間で可動であり、第２の入力回路でトリップ入力信号を受信すると動作位置とトリップ位置との間で可動である。コイルが、第１の端部および第２の端部を有する。可動アクチュエータは、コアとしてコイルを通って延びている。コイルは、電源投入入力信号が第１の入力回路によって受信されたとき、またはトリップ入力信号が第２の入力回路によって受信されたとき、アクチュエータを動かすことが可能である。
第１のスイッチおよび第２のスイッチは、アクチュエータが作動されるたびにコイルの極性を反転させるようにコイルのそれぞれの第１の端部および第２の端部に結合される。第１のスイッチおよび第２のスイッチは、アクチュエータが動作位置にあるときは第２の入力回路内にコイルを含むように切換可能であり、したがってトリップ入力信号が第２の入力回路で受信されると、コイルを励磁してアクチュエータを動作させ、トリップ位置へ遷移させる。第１のスイッチおよび第２のスイッチは、アクチュエータがトリップ位置にあるときは第１の入力回路内にコイルを含むように切換可能であり、したがって電源投入入力信号が第１の入力回路で受信されると、コイルを励磁してアクチュエータを動作させ、動作位置へ遷移させる。
アクチュエータが作動しているとき、第１のスイッチおよび第２のスイッチは、次の後続の作動中にコイルを励磁して逆の分極方向に分極させるのに備えて状態を変化させる。
【０００９】
別の実施形態は、コンタクタの作動を制御する回路を対象とする。コンタクタは、アクチュエータに機械的に結合された複数のスイッチを含み、アクチュエータは、複数のスイッチの状態を変化させるように第１の位置と第２の位置との間で相対する方向に可動である。回路は、電源投入信号を受信する第１の入力回路と、トリップ信号を受信する第２の入力回路とを含む。コイルが、第１の端部および第２の端部を有する。可動アクチュエータは、コアとしてコイルを通って延びている。コイルは、第１の入力回路に印加された電源投入信号を受信すると、アクチュエータを第１の位置から第２の位置へ動かすことが可能であり、第２の入力回路に印加されたトリップ信号を受信すると、アクチュエータを第２の位置から第１の位置へ動かすことが可能である。
第１のスイッチおよび第２のスイッチは、アクチュエータが作動されるたびにコイルの極性を反転させるようにコイルのそれぞれの第１の端部および第２の端部に結合される。第１のスイッチおよび第２のスイッチは、アクチュエータが第２の位置にあるときは第２の入力回路内にコイルを含むように切換可能であり、したがってトリップ信号が第２の入力回路で受信されると、コイルを励磁してアクチュエータを動作させ、第１の位置へ遷移させる。第１のスイッチおよび第２のスイッチは、アクチュエータが第１の位置にあるときは第１の入力回路内にコイルを含むように切換可能であり、したがって電源投入信号が第１の入力回路で受信されると、コイルを励磁してアクチュエータを動作させ、第２の位置へ遷移させる。
アクチュエータが作動しているとき、第１のスイッチおよび第２のスイッチは、次の後続の作動中にコイルを励磁して逆の分極方向に磁気的に分極させるのに備えて状態を変化させる。
【００１０】
さらに別の実施形態は、コンタクタを動作させる方法を対象とする。コンタクタは、アクチュエータに機械的に結合された複数のスイッチを含み、アクチュエータは、複数のスイッチの状態を変化させるようにトリップ位置と動作位置との間で相対する方向（逆方向）に可動である。可動アクチュエータは、コアとしてコイルを通って延びている。コイルは、励磁されるとアクチュエータを動かすことが可能である。この方法は、第１の入力回路で電源投入信号を受信することと、電源投入信号をコイルに印加して、アクチュエータがトリップ位置から動作位置へ遷移し、複数のスイッチが動作位置に対応するそれぞれの状態へ遷移するように、アクチュエータを作動させることとを含む。
アクチュエータを作動させると同時に、次の後続の作動中にコイルを励磁して逆の分極方向に磁気的に分極させるのに備えて、コイルの第１の端部および第２の端部を第１の入力回路から取り外し、回路に対して逆の極性で、コイルの第１の端部および第２の端部を第２の入力回路に結合する。
【００１１】
コンタクタは、アクチュエータに機械的に結合された複数のスイッチを含む。アクチュエータは、動作位置とトリップ位置との間で可動である。動作位置で閉じているスイッチは、トリップ位置で開き、逆も同様である。アクチュエータは、コアとしてコイルを通って延びている。コイルは、入力信号がコイルに印加されると、アクチュエータを動かす。第１の入力回路は、電源投入信号を受信して、コンタクタをトリップ位置から動作位置へ遷移させる。第２の入力回路は、トリップ信号を受信して、コンタクタを動作位置からトリップ位置へ遷移させる。コイルのそれぞれの第１の端部および第２の端部に結合された第１のスイッチおよび第２のスイッチは、次の後続の作動中にコイルを励磁して逆方向に磁気的に分極させるのに備えて、アクチュエータが作動されるたびにコイルの極性を反転させる。
【００１２】
図１は、本発明の例示的な実施形態のラッチングコンタクタ１００および制御回路１０２を示す概略図である。コンタクタ１００は、スイッチアレイ１０４およびアクチュエータ１０６を含む。いくつかの実施形態では、電源スイッチ１０８は、コンタクタ１００が作用する他のすべての回路に対する電源投入または電源遮断を切り換える２５アンペア〜７００アンペア、１１５ボルトの定格の３相コンタクトとすることができる。電源スイッチ１０８は、閉位置にあるときにコンタクタ１００が作用する他の回路に電力を提供する常時閉スイッチである。複数の補助常時閉スイッチ１１０および複数の補助常時開スイッチ１１２が、１００ミリアンペア〜７アンペアの連続負荷の定格のコンタクトを有することができる。
コンタクタ１００内のスイッチアレイ１０４内の電源スイッチ１０８、常時閉スイッチ１１０、および常時開スイッチ１１２は、アクチュエータ１０６に機械的に連結される。スイッチアレイ１０４内のスイッチは、２つの状態を有しており、同時に状態を変化させ、電源スイッチ１０８の状態に対して開状態または閉状態などの知られている状態にある。スイッチアレイ１０４内のスイッチのいくつかは、開状態または閉状態からのスイッチの動作に遅延を導入するように事前設定することができる調整可能な動作点を有することができる。いくつかの実施形態では、スイッチアレイ１０４内の個々のスイッチは、コンタクタ１００が設置されているシステム内の回路に結合される。
【００１３】
コンタクタ１００は、図１に動作位置で示されており、スイッチアレイ１０４内のスイッチは、閉じている電源スイッチ１０８に対応するそれぞれの位置にある。電源スイッチ１０８および他の常時閉スイッチ１１０は閉じており、常時開スイッチ１１２は開いている。
【００１４】
制御回路１０２は、コンタクタ１００の状態を変化させるようにコイル１２０へのエネルギーの提供を制御する。制御回路１０２はコイル１２０を含み、アクチュエータ１０６の一部分がコイルを通過し、コアとして機能する。一時的に励磁されたコイル１２０によって生成される磁界は、アクチュエータステータの逆に帯電している極の方向に、アクチュエータ１０６を動かす。いくつかの実施形態では、従来の設計が占めていた空間と同じ空間を占める２つのコイルが、同じ磁気極性に並列に配線される。コイル１２０の２つの物理的な巻線は、より強い磁界容量を有する単一のインダクタを形成し、個々の巻線のインダクタンスおよび磁界強度を約２倍にする。より大きい電流は、アクチュエータ１０６を従来のコンタクタ設計より迅速に動作させ、すなわち現在の状態から次の状態へより迅速に遷移させる。
【００１５】
コンタクタ１００は、２状態のラッチングコンタクタであり、一時的に励磁されると、コンタクタ１００を現在の状態から次の状態へ遷移させる。ラッチングコンタクタ技術で知られているように、永久磁石（図示せず）が、コンタクタ１００を新しく位置決めされた状態で維持または保持する。アクチュエータをいずれかの状態で保持するために、電力が連続して必要とされるわけではない。
【００１６】
コイル１２０が再び一時的に励磁されると、コンタクタ１００は、コンタクタ１００を現在の状態で保持している磁力に打ち勝ち、アクチュエータの慣性および逆の磁極からの引力がアクチュエータを完全に次の状態へ駆動し、アクチュエータはこの状態で永久磁石によって維持されるため、コンタクタ１００は次の状態へ遷移する。コンタクタ１００の２つの状態は、動作状態およびトリップ状態である。コンタクタ１００は、２つの状態間でトグルする。コンタクタ１００の現在の状態が動作状態であるとき、コンタクタが遷移する次の状態はトリップ状態である。コンタクタ１００の現在の状態がトリップ状態であるとき、コンタクタ１００が遷移する次の状態は動作状態である。
【００１７】
図１の動作状態からトリップ状態へ遷移するために、制御回路１０２はトリップ信号を受信する。トリップ信号は、コイル１２０を励磁してアクチュエータ１０６を動かすのに十分な電圧および電流の大きさの直流信号である。いくつかの実施形態では、トリップ信号は、コンタクタ１００が設置されているシステムの内側から受信される。他の実施形態では、トリップ信号は、コンタクタ１００が設置されているシステムの外側から受信することができる。トリップ信号は、複数の端子１３０、１３２、および１３４のうちのいずれか１つで受信される。ダイオード１３６、１３８、１４０、および１４２は、端子１３０、１３２、または１３４のうちの１つで受信したトリップ信号からのエネルギーがシステムへ送られまたは戻されることを防止する。
トリップ信号のエネルギーは、導体１７０、スイッチ１５０、コイル１２０、スイッチ１６０、導体１７２を通って誘導され、接地に戻ってコイル１２０を一時的に励磁し、コイル１２０は、コンタクタ１００をトリップ状態へ遷移させる。ダイオード１４６は、トリップ信号のソースの位置に応じて、トリップ信号のエネルギーが端子１４８を通ってシステムへ送られまたは戻されることを防止する。端子１３０〜１３４、ダイオード１３６〜１４２、導体１７０および１７２が、トリップ信号入力回路を形成する。いくつかの実施形態では、トリップ信号ならびに電源投入信号は、公称では、２８ボルトの信号であり、ダイオード１３６、１３８、１４０、１４２、１４４、および１４６は、２５０ボルトの定格とすることができ、スイッチ１５０および１６０は、７．５アンペアの定格とすることができる。
他の実施形態では、コイルおよび他の回路構成要素が適当な定格である場合、制御回路は、たとえばそれだけに限定されるものではないが１２ボルトを含む２８ボルトを下回る電圧、またはたとえばそれだけに限定されるものではないが４８ボルトを含む２８ボルトを上回る電圧で動作することもできる。
【００１８】
コイル１２０が一時的に励磁されたときにコイル１２０内の磁界が強くなると、コイル１２０内の磁界により、アクチュエータ１０６の位置が、コンタクタ１００をこの場合はトリップ状態である次の状態へ遷移させる。後述するように、アクチュエータ１０６がコンタクタ１００を次の状態へ遷移させると、スイッチ１５０の単極１５２が第１の投１５４から第２の投１５６へ遷移し、スイッチ１６０の単極１６２が第１の投１６４から第２の投１６６へ遷移し、次にコイルが励磁されたとき、電流がコイルを通過する方向を反転させ、それによってコイル１２０の磁気極性を反転させるように、スイッチ１５０および１６０を位置決めする。コイル１２０への以前の正の入力は、コイル１２０への負の入力になり、コイル１２０への以前の負の入力は、コイル１２０への正の入力になる。
コイル１２０の極性は反転し、したがって次にコイルが励磁されたとき、磁界は逆方向に発達する。コンタクタ１００が２つの状態のみで動作するため、コンタクタ１００が作動されるたびにコイル１２０の極性を切り換えることで、次のコンタクタ１００の作動中にコンタクタ１００を逆方向に作動させるように、コイルを設定する。それによって、この場合、動作信号が端子１４８で受信される動作状態である次の状態へ遷移するように、制御回路１０２を設定する。
【００１９】
アクチュエータ１０６が現在の状態から次の状態へ遷移している間に、スイッチ１５０および１６０の位置を変化させることによってコイル１２０の極性が反転したとき、コイル１２０を通過している電流は突然中断される。コイル１２０の磁界強度は、従来のコンタクタ設計におけるコイルの磁界強度の約２倍であるため、磁界内で蓄積されているエネルギーが放散されることで、約２倍の大きさの逆起電力を引き起こし、これは、システムに戻ることが防止されない場合、アーク放電によりコンタクトの切換えにとって有害になる可能性がある。コイル１２０内の磁界が崩れることで、大電圧過渡現象が生じ、磁界内に蓄積されているエネルギーを分散させ、電流の突然の変化に対抗する。この電圧過渡現象は、電流が切断されたときにコイル１２０の両端間に印加された電圧より数桁大きい可能性がある。
大電圧過渡現象は、システム内の電子機器を損傷し、スイッチ１５０および１６０のコンタクト間に腐食、溶接、またはアーク放電を引き起こす可能性がある。
【００２０】
電源投入信号またはトリップ信号が制御回路１０２によって受信されたとき、スイッチ１５０および１６０を通ってコイル１２０にエネルギーが提供される。スイッチ１５０および１６０が開き、受信信号からのエネルギーがコイル１２０を励磁する経路の提供を止める前に、コイル１２０が動作するのに十分なエネルギーがコイル１２０へ送達される。スイッチ１５０および１６０のスイッチ動作点は、アクチュエータが次の状態の最終的なアクチュエータ位置へのほぼ中間まで動くまで、スイッチ１５０および１６０が開かないように調整および事前設定される。アクチュエータの慣性および逆の磁極からの磁気引力が、アクチュエータを完全に次の状態へ駆動する。
アクチュエータが次の状態へ動くことによってスイッチ１５０および１６０が次の状態へ遷移する前にアクチュエータを次の状態へ遷移させるのに十分なほどコイルが励磁されるため、最後にコイル１２０を一時的に励磁した回路に対してスイッチ１５０および１６０が開状態へ遷移しても、コイルまたはアクチュエータの動作に悪影響を与えない。
【００２１】
コンタクタ１００が設置されている低電力システムのいくつかの実施形態は、スイッチ１５０および１６０がコイル１２０の分極を反転させるときに生成される逆起電力に耐えることが可能である。そのようなシステムは、過渡電圧の抑制を必要としない。スイッチ１５０および１６０がコイル１２０の分極を反転させたときに生成される逆起電力に対する耐性がそれほどない他のシステムの実施形態は、過渡電圧抑制ダイオードによって提供される低レベルまたは中間レベルの電圧抑制を必要とする。本発明のさらに他の実施形態は、図３を参照して以下で論じるさらに高レベルの電圧抑制を必要とする。
【００２２】
コイル１２０によって生成される過渡電圧は、コイル１２０に並列の抑制デバイスによって抑制することができる。ツェナーダイオードおよびシリコンアバランシェダイオードに類似の電圧−電流特性を有する過渡電圧抑制ダイオード１７６が、双方向の過渡電圧抑制のために特に設計され、ツェナーダイオードに類似の電圧−電流特性を有する。ダイオード１７６は、電圧が破壊電圧を超過しないように、ダイオードが破壊されるように設計されている電圧限界まで電流を伝える。
【００２３】
コイル１２０は、従来の設計より大きい電流によって駆動されるため、発生のたびに数ミリ秒のみ断続的に動作し、過熱しない。より大きい電流のために電力がより大きい結果、コンタクタ１００は現在の状態から次の状態へより速く遷移し、電源投入信号またはトリップ信号が１３ボルトまで低いときに現在の状態から次の状態へ遷移することができる設計が提供される。
【００２４】
図２は、トリップ状態にあるコンタクタ１００および制御回路１０２を示す概略図であり、スイッチアレイ１０４内のスイッチは、開いている電源スイッチ１０８に対応するそれぞれの位置にある。電源スイッチ１０８および他の常時閉スイッチ１１０は開いており、常時開スイッチ１１２は閉じている。図１のトリップ状態から動作状態へ遷移するために、制御回路１０２は電源投入信号を受信する。電源投入信号は、コイル１２０を励磁してアクチュエータ１０６を動かすのに十分な電圧および電流の直流電圧信号である。電源投入信号は、コンタクタ１００が設置されているシステムの外側から受信することができる。電源投入信号は、端子１４８で受信される。ダイオード１４４は、端子１４８で受信した電源投入信号からのエネルギーがシステムへ送られまたは戻されることを防止する。
電源投入信号のエネルギーは、導体１７４、スイッチ１６０、コイル１２０、スイッチ１５０、導体１７２、およびダイオード１４４を通って誘導され、コイル１２０を一時的に励磁し、次にコイル１２０は、コンタクタ１００を動作状態へ遷移させる。ダイオード１３６、１３８、および１４０は、電源投入信号のエネルギーが端子１３０、１３２、および１３４を通ってシステムへ送られまたは戻されることを防止する。端子１４８、ダイオード１４４および１４６、ならびに導体１７２および１７４が、電源投入信号入力回路を形成する。
【００２５】
コイル１２０が一時的に励磁されたときにコイル１２０内の磁界が強くなると、コイル１２０内の磁界により、アクチュエータ１０６の位置が、コンタクタ１００をこの場合は動作状態である次の状態へ遷移させる。同時に、スイッチ１５０の単極１５２が第２の投１５６から第１の投１５４へ遷移し、スイッチ１６０の単極１６２が第２の投１６６から第１の投１６４へ遷移し、コイル１２０の極性を反転させるように、スイッチ１５０および１６０を位置決めする。コイル１２０への以前の正の入力は、コイル１２０への負の入力になり、コイル１２０への以前の負の入力は、コイル１２０への正の入力になる。コイル１２０の極性は反転し、したがって次にコイル１２０が励磁されたとき、磁界は前の作動の極性とは逆方向に発達する。
コンタクタ１００が２つの状態のみで動作するため、コンタクタ１００が作動されるたびにコイル１２０の極性を切り換えることで、次のコンタクタ１００の作動中にコンタクタ１００を逆方向に作動させるように、コイルを設定する。それによって、この場合、トリップ信号が端子１３０、１３２、または１３４のうちの１つで受信されるトリップ状態である次の状態へ遷移するように、制御回路１０２を設定する。
【００２６】
スイッチ１５０および１６０の位置を変化させることによってコイル１２０の極性が反転したとき、コイル１２０を通過している電流は突然中断され、コイル１２０内の磁界が崩れると、上述したように大電圧過渡現象が生じ、磁界内に蓄積されているエネルギーを分散させ、電流の突然の変化に対抗する。
【００２７】
コイル１２０を通る電流の中断を含めて、コイル１２０を通過している電流の大きさの突然の変化によって引き起こされる大電圧過渡現象は、システム内の電子機器を損傷し、スイッチ１５０および１６０のコンタクト間に腐食、溶接、またはアーク放電を引き起こす可能性がある。図３は、キャパシタ３８０および３８２を含む例示的な代替実施形態の制御回路１０２’の概略図である。キャパシタ３８０および３８２は、過渡電圧の抑制を提供する。キャパシタ３８０および３８２は、それぞれスイッチ１５０および１６０の両端間に結合される。キャパシタ３８０および３８２は、コイル巻線の誘導性の崩壊を相殺し、過渡エネルギーが放散されるときにスイッチ１５０および１６０内のアーク放電を実質上低減させることによって、スイッチ１５０および１６０の寿命を増大させる。いくつかの実施形態では、キャパシタ３８０および３８２は、２５０ボルトの定格とすることができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、必要とされる電圧抑制のレベルに応じて、キャパシタ３８０および３８２を独立して使用することができ、他の実施形態では、過渡現象抑制ダイオード１７６を独立して使用することができる。さらに他の実施形態では、より効果的な過渡電圧抑制のために、図３の制御回路１０２’に示すように、過渡現象抑制ダイオード１７６をキャパシタ３８０および３８２と組み合わせて使用することができる。過渡現象抑制ダイオード（ＴＳＶ）１７６は、回路のコンタクトおよび他の構成要素を損傷しないレベルに逆起電力を制限する。
【００２９】
図４は、単極双投スイッチとして機能するコンタクタ１００内の２つの単極単投スイッチの配線を示す概略図である。導体４０２が、常時閉スイッチ４１０および常時開スイッチ４１２の両方の単極に結合される。アクチュエータ１０６は、図４に示すスイッチ位置から、作動されたとき、同時にスイッチ４１０を開いてスイッチ４１２を閉じるように動作し、それによってスイッチ４１０を通って導体４０２と導体４０４との間に最初に確立された伝導経路を、スイッチ４１２を通って導体４０２から導体４０６へ変換する。このようにして、一方は常時開であり他方は常時閉である１対の同時に動作される単極単投スイッチを使用して、単極双投スイッチの動作を模倣することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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